JP6046251B2 - 無線通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、互いに重複する周波数帯を利用する複数のアンテナを備える無線通信装置に関する。

例えばＩＥＥＥ８０２．１１規格に基づく無線ＬＡＮ通信と、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）規格に基づく無線通信のように、互いに重複する周波数帯を利用する複数種類の無線通信を実行可能な無線通信装置が存在する。このような無線通信装置は、複数の規格に対応するために、複数のアンテナを備えている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１０−２５９０４８号公報

複数のアンテナが互いに重複する周波数帯で同時期に無線通信を行うと、互いに干渉してその通信性能が劣化するおそれがある。このような問題を解消するためには、例えばアンテナ間の距離を離すという対応が考えられるが、装置の大型化を招くことになり、場合によっては好ましくない。

本発明は上記実情を考慮してなされたものであって、その目的の一つは、複数のアンテナ間の距離を比較的離さずにアンテナ間の干渉を減らすことのできる無線通信装置を提供することにある。

本発明に係る無線通信装置は、第１アンテナと、第２アンテナと、前記第１アンテナ及び第２アンテナの双方と一方側において隣接するように配置された面状の導電体と、を備え、前記導電体には、前記第１アンテナに隣接する位置と、前記第２アンテナに隣接する位置との間の外縁から延びる切り欠き部が形成されていることを特徴とする。

本発明の第１の実施の形態に係る無線通信装置の内部構成を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る無線通信装置の内部構成を示す平面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る無線通信装置の内部構成を示す側面図である。 メイン基板との接続部を設けるべきでない制限領域を示す図である。 導電体の配置位置の変形例を示す図である。 切り欠き部の変形例を示す図である。 長さが変更可能な切り欠き部の例を示す図である。 導電体の形状の変形例を示す図である。 メイン基板に切り欠き部を設けた例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る無線通信装置の内部構成を示す斜視図である。 本発明の第２の実施の形態に係る無線通信装置の内部構成を示す平面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る無線通信装置の内部構成を示す底面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る無線通信装置の内部構成を示す側面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る無線通信装置の内部構成を示す別の側面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づき詳細に説明する。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る無線通信装置１は、例えば携帯型ゲーム機やスマートフォン等であって、内蔵するアンテナによって無線通信を行う。図１、図２及び図３は、無線通信装置１の内部における主要部品の構成を示す図であって、図１は斜視図、図２は平面図、図３は図２における矢印の方向から見た側面図である。これらの図に示すように、無線通信装置１は、第１アンテナ１１と、第２アンテナ１２と、メイン基板１３と、導電体１４と、を含んで構成されている。

第１アンテナ１１及び第２アンテナ１２は、互いに重複する周波数帯を利用して無線通信を行う。具体的に本実施形態では、第１アンテナ１１はＩＥＥＥ８０２．１１規格に基づく無線ＬＡＮ通信を、第２アンテナ１２はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ規格に基づく無線通信を行う。これらの無線通信は、いずれも２．４ＧＨｚの周波数帯を利用して行われる。

第１アンテナ１１及び第２アンテナ１２は、いずれもメイン基板１３に接続されており、メイン基板１３からの給電により動作する。メイン基板１３には通信モジュール（不図示）が搭載されており、この通信モジュールが第１アンテナ１１及び第２アンテナ１２を制御して無線信号の送受信を行う。

これらのアンテナは互いに重複する周波数帯を利用しているので、相互に干渉し、その通信性能が劣化してしまうおそれがある。そこで本実施形態に係る無線通信装置１においては、このような干渉を避けるために、第１アンテナ１１及び第２アンテナ１２の双方と隣接するように面状の導電体１４が配置されている。本実施形態において、導電体１４は全体として矩形の形状をした銅箔であって、樹脂製の基板１４ａの一面に貼り付けられている。なお、基板１４ａは図１及び図３では図示を省略している。

導電体１４は、メイン基板１３と略平行に対向するように配置されており、第１アンテナ１１及び第２アンテナ１２は、いずれも導電体１４から見て同じ側に配置されている。以下、導電体１４の外縁のうち、第１アンテナ１１及び第２アンテナ１２に隣接する側の辺を隣接辺Ｎと表記する。さらに導電体１４は、隣接辺Ｎが第１アンテナ１１と第２アンテナ１２を結ぶ直線と平行になるように配置されている。ただし、導電体１４は第１アンテナ１１及び第２アンテナ１２と接触してはおらず、電気的に分離されている。

導電体１４には、直線状の切り欠き部１５が形成されている。この切り欠き部１５は、隣接辺Ｎ上に位置する起点Ｓから、第１アンテナ１１及び第２アンテナ１２の双方から遠ざかる方向に延びるように形成されている。さらに起点Ｓは、導電体１４の第１アンテナ１１に隣接する領域Ａ１と、第２アンテナ１２に隣接する領域Ａ２との間に位置している。切り欠き部１５は、隣接辺Ｎに垂直な方向に沿って、導電体１４の中心に向かって延びている。

切り欠き部１５の起点Ｓから最奥部までの長さＬ１は、第１アンテナ１１及び第２アンテナ１２が利用する電波の波長λに応じて決定されることが望ましい。より具体的に、切り欠き部１５の長さＬ１は、略λ／４になるように決定されることが望ましい。本実施形態の場合、第１アンテナ１１及び第２アンテナ１２が利用する２．４ＧＨｚの周波数の電波の波長は約１２５ｍｍなので、切り欠き部１５の長さＬ１は約３１ｍｍであればよい。なお、切り欠き部１５が存在する位置の基板１４ａを誘電体によって構成した場合、その誘電率に応じて切り欠き部１５の電気長は変化する。この場合、その電気長が略λ／４になるように切り欠き部１５の長さＬ１を決定すればよい。そのため、基板１４ａを誘電体によって構成すれば、切り欠き部１５の物理的な長さＬ１を短くすることができる。

このような切り欠き部１５を設けた導電体１４を第１アンテナ１１及び第２アンテナ１２双方と隣接するように配置することにより、切り欠き部１５を回り込んで導電体１４上を流れるＵ字状の電流の経路が形成される。また、切り欠き部分は使用周波数に対して共振し、電流を集約することで相手側のアンテナへの電流の回り込みを軽減する。これにより、第１アンテナ１１と第２アンテナ１２との間の空中を飛ぶ電波によって生じるアンテナ間の干渉を減らすことができる。

さらに、導電体１４の配置位置、及びその他の部分のサイズについても、第１アンテナ１１及び第２アンテナ１２が利用する電波の波長λに応じて決定されてもよい。具体的に、第１アンテナ１１及び第２アンテナ１２と導電体１４との間の距離Ｌ２は、０より大きく、λ／１０以下とすることが好ましい。また、切り欠き部１５の最奥部と、導電体１４の隣接辺Ｎと逆側の辺との間の距離Ｗ１は、λ／１０以上であることが好ましい。また、隣接辺Ｎの第１アンテナ１１側の一端から切り欠き部１５までの距離Ｗ２は、第１アンテナ１１の給電点Ｐ１から開放端までの長さを超える長さであることが好ましい。同様に、隣接辺Ｎの第２アンテナ１２側の一端から切り欠き部１５までの距離Ｗ３も、第２アンテナ１２の給電点Ｐ２から開放端までの長さを超える長さであることが好ましい。

この導電体１４は、単にアンテナ間の干渉を減らすためだけでなく、その他の用途に用いられるものであってもよい。例えば導電体１４には、タッチセンサやＩＣチップ、ＮＦＣの共振器等、電子回路を構成する各種の回路素子が搭載されてもよい。また、本実施形態において導電体１４は、図２に示す接続部Ｃを経由してメイン基板１３と電気的に接続され、そのグランドをメイン基板１３と共有している。しかしながら、他の機能を兼用せず、アンテナ間の干渉を減らすために使用するだけであれば、導電体１４をメイン基板１３と電気的に接続する必要はない。

なお、導電体１４をメイン基板１３と電気的に接続する場合、接続部Ｃを隣接辺Ｎの近傍に設けることは好ましくなく、図２に示すように逆側の辺の近傍に設けることが好ましい。図４は、導電体１４のうち、メイン基板１３との接続部Ｃを設けるべきでない制限領域を示す図である。制限領域は、図４において斜線のハッチングで示されている。制限領域は、隣接辺Ｎに沿って第１アンテナ１１及び第２アンテナ１２と対向する幅Ｗ４の部分と、切り欠き部１５を取り囲む幅Ｗ５の部分からなる。ここで、幅Ｗ４はλ／１０であり、Ｗ５はλ／８である。

さらに本実施形態では、導電体１４がアンテナ間の干渉を減らす性能を向上させるために、第１アンテナ１１及び第２アンテナ１２と導電体１４の外縁部とが対向するように配置されている。具体的に導電体１４は、図３に示すように、側面方向（すなわち、導電体１４の表面に平行な方向）から見た場合に、第１アンテナ１１及び第２アンテナ１２と重なる位置に配置されている。さらに、導電体１４の第１アンテナ１１及び第２アンテナ１２に隣接する位置（図２の領域Ａ１及びＡ２の位置）は、その厚みが他の部分よりも相対的に厚くなるように構成されてもよい。このような厚みを生じさせるために本実施形態では、基板１４ａの領域Ａ１及びＡ２近傍の位置に複数の金属製のねじ１６が固定されている。なお、基板１４ａと同様に、ねじ１６についても図１及び図３では図示が省略されている。これらのねじ１６は、導電体１４の本体を構成する銅箔と接触するように構成されて、導電体１４の一部を構成している。これにより、導電体１４は、第１アンテナ１１及び第２アンテナ１２と対向する位置において他の部分より厚い部分が存在することになる。なお、ねじ１６の代わりに、またはこれに加えて、内壁に金属メッキが施されたスルーホールを導電体１４本体と接続するように設けることによって、導電体１４の厚みを増すこととしてもよい。

また、第１アンテナ１１及び第２アンテナ１２と導電体１４とは、側面方向から見た場合に必ず重なる必要があるわけではない。図５は、第１アンテナ１１及び第２アンテナ１２に対して導電体１４の側面方向から見た位置が上方にずれている場合の例を示している。なお、導電体１４が上下いずれかにずれる場合においても、導電体１４から第１アンテナ１１及び第２アンテナ１２それぞれまでの導電体１４の表面に対して垂直な方向に沿った距離Ｌ３がλ／１０以下になるように、導電体１４を配置することが好ましい。

以上の説明では、切り欠き部１５は直線状に形成されることとしたが、切り欠き部１５はこのような形状に限られず、例えば図６に例示するように蛇行する形状（メアンダ状）に形成されてもよい。こうすれば、切り欠き部１５の全長としては図２と同様に略λ／４の電気長に相当する長さを確保しつつ、導電体１４の外縁から切り欠き部１５の最奥部までの直線距離は短くすることができる。

また、切り欠き部１５の長さＬは、変更可能に構成されてもよい。例えば第１アンテナ１１や第２アンテナ１２が複数の周波数帯に対応するデュアルバンドアンテナの場合、各アンテナがどの周波数帯を使用しているかに応じて、干渉が問題となる電波の周波数も変化する。また、第１アンテナ１１及び第２アンテナ１２が比較的広い周波数帯のうちのいずれかの帯域（チャネル）を切り替えて使用する場合にも、これらのアンテナが使用する周波数は変化することになる。そこで、この周波数の変化に合わせて、切り欠き部１５の長さＬを変化させれば、特に問題となる周波数帯の干渉を減らすことができる。

切り欠き部１５の長さＬを可変にする方法としては、例えば切り欠き部１５の途中にダイオードを配置する方法がある。図７は、このような方法を採用した導電体１４の構造を示す例であり、切り欠き部１５の途中にダイオードＤ１及びＤ２の二つのダイオードが配置されている。この図の例において、ダイオードＤ１に電圧を印加すると、ダイオードＤ１が導通し、有効な切り欠き部１５の長さは図中のＬａになる。一方、ダイオードＤ１には電圧を印加せず、ダイオードＤ２に電圧を印加すると、ダイオードＤ１は電気的に遮断され、ダイオードＤ２が導通するので、切り欠き部１５の長さはＬｂになる。さらに、ダイオードＤ１及びＤ２の双方に電圧を印加しない状態では、切り欠き部１５の長さはＬｃになる。このように、複数のダイオードＤのオン／オフを制御することにより、切り欠き部１５の電気長を段階的に変化させることができる。このようなダイオードＤのオン／オフの制御は、メイン基板１３に搭載された制御回路が、第１アンテナ１１及び第２アンテナ１２で行っている無線通信の周波数に応じた制御信号を出力することにより、実現できる。なお、ここでは切り欠き部１５の長さＬを３段階で変化させる例を示したが、１個のダイオードのみによって２段階に変化させてもよいし、より多くのダイオードを配置して多段階に変化させてもよい。

また、これまでの説明では導電体１４の形状は略矩形であることとしたが、切り欠き部１５を回り込む電流の経路を形成することができれば、導電体１４の形状は他の形状であってもよい。図８は、導電体１４の形状の別の例を示している。この図の例では、導電体１４は、第１アンテナ１１に対向する部分、第２アンテナ１２に対向する部分、及び、これらの部分を接続し、切り欠き部１５を介して回り込むＵ字型の部分の３つの部分から構成されている。この図の場合においても、図中に示す距離Ｌ１、Ｌ２、Ｗ１、Ｗ２、及びＷ３は、前述した矩形の導電体１４の場合と同様のサイズに関する要件を満たすことが好ましい。さらに、第１アンテナ１１に対向する部分、及び第２アンテナ１２に対向する部分それぞれの幅Ｗ６は、λ／１０以上であることが好ましい。また、Ｕ字型の部分の幅Ｗ７も、λ／１０以上であることが好ましい。

さらに、本実施形態に係る無線通信装置１において、メイン基板１３にも切り欠き部１７が形成されてよい。図９は、この場合のメイン基板１３の構成を示す図である。メイン基板１３の切り欠き部１７は、メイン基板１３を介して第１アンテナ１１と第２アンテナ１２との間に流れる電流によって生じる干渉の影響を減らすためのものである。そのため切り欠き部１７の起点Ｓ２は、メイン基板１３の外縁のうち、第１アンテナ１１の給電点Ｐ１に最も近い位置と第２アンテナ１２の給電点Ｐ２に最も近い位置との間に位置している。なお、起点Ｓ２は、導電体１４外縁の給電点Ｐ１に最も近い点と給電点Ｐ２に最も近い点との中点の近傍に位置することがより好ましい。そして、切り欠き部１７は、起点Ｓ２から、第１アンテナ１１及び第２アンテナ１２の間の位置を通るように延びている。このような切り欠き部１７を設けることによって、第１アンテナ１１と第２アンテナ１２との間でメイン基板１３上を流れる電流は切り欠き部１７を迂回するので、このような電流による干渉が生じにくくなる。この図の例では、切り欠き部１７は、平面視において切り欠き部１５と略一致する位置及び向きに形成されている。

切り欠き部１７の長さは、切り欠き部１５と同様に、第１アンテナ１１及び第２アンテナ１２が送受信する電波の波長に応じて、略λ／４の電気長に相当する長さに決定されてよい。あるいは、切り欠き部１７は切り欠き部１５と異なる長さであってもよい。両者の長さを異ならせることにより、各切り欠き部の長さを可変にせずとも、複数の周波数帯において干渉を減らす効果を得ることができる。また、導電体１４の切り欠き部１５と同様に、切り欠き部１７は、直線形状に限らず、蛇行する形状であってもよい。また、切り欠き部１７の長さは可変であってもよい。

本発明の実施の形態は、以上説明したものに限られない。例えば以上の説明では、導電体１４の本体は基板１４ａ上に形成された銅箔であるものとしたが、それ以外の金属箔であってもよい。あるいは、導電体１４はある程度の厚みを有する鉄板等の金属板であってもよく、この場合には絶縁体や誘電体で形成された基板に導電体１４を接着させずともよい。さらにこの金属板は、無線通信装置１の筐体を構成する外装キャビネットであってもよい。また、この金属板の第１アンテナ１１及び第２アンテナ１２に隣接する部分を折り曲げることによって、当該部分の厚みを他の部分より厚くすることとしてもよい。このように導電体１４が折り曲げられた金属板によって構成される場合の具体例については、本発明の第２の実施形態として後に詳しく説明する。また、第１アンテナ１１及び第２アンテナ１２は、無線ＬＡＮやＢｌｕｅｔｏｏｔｈ以外の規格に基づく無線通信を行うためのものであってもよいし、２．４ＧＨｚ以外の周波数帯を利用してもよい。

［第２の実施形態］
以下、本発明の第２の実施形態に係る無線通信装置について、説明する。本実施形態に係る無線通信装置も、第１実施形態と同様に、第１アンテナ１１、第２アンテナ１２、メイン基板１３、及び導電体１４を含んで構成されており、導電体１４には切り欠き部１５が形成されている。これら各部材の機能は、基本的に第１実施形態と同様である。そのため、各部材の機能の詳細については、説明を省略する。本実施形態では、第１実施形態と異なり、導電体１４が折り曲げられた金属板によって構成されており、基板１４ａは不要となっている。

図１０、図１１、図１２、図１３及び図１４は、本実施形態に係る無線通信装置の内部における主要部材の構成を示す図であって、図１０は斜視図、図１１は平面図、図１２は底面図、図１３は図１１における実線のブロック矢印の方向から見た側面図、図１４は図１１における破線のブロック矢印の方向から見た側面図である。

これらの図に示されるように、本実施形態における第１アンテナ１１及び第２アンテナ１２は、第１実施形態と異なり、メイン基板１３の一端から水平方向に突出するように配置されている。

導電体１４は、メイン基板１３に対して略垂直に配置され、第１アンテナ１１及び第２アンテナ１２に隣接する隣接部１４ｂと、隣接部１４ｂから屈曲して形成され、メイン基板１３と略平行に配置された本体部１４ｃと、を含んで構成されている。

隣接部１４ｂは、メイン基板１３に対して略垂直な向きに立ち上がるように、無線通信装置の筐体に固定されている。また、隣接部１４ｂは、メイン基板１３から見て、第１アンテナ１１及び第２アンテナ１２が接続されている側に配置されている。ただし、導電体１４は、メイン基板１３と電気的に導通しないように、メイン基板１３と直接接触せずに離れて配置されている。隣接部１４ｂは、その中央が切り欠き部１５によって切り欠かれて左右に分離しており、左右それぞれの方向に延びる羽部を備えている。これら羽部の先端が、第１アンテナ１１に隣接する領域Ａ１、及び第２アンテナ１２に隣接する領域Ａ２を構成している。なお、本実施形態では、導電体１４の平面視において隣接部１４ｂが形成されている側の外縁が、隣接辺Ｎとなっている。

本体部１４ｃは、隣接部１４ｂの上端から略垂直に、メイン基板１３の中央方向に向かって延伸している。また、本体部１４ｃは、その中央部に切り欠き部１５が形成されることによって、全体としてＵ字形状になっている。第１実施形態と同様、切り欠き部１５は、平面視において隣接辺Ｎ上の起点Ｓからメイン基板１３の中心方向に向かって直線上に延びるように形成されている。ここで起点Ｓは、第１アンテナ１１に隣接する領域Ａ１と第２アンテナ１２に隣接する領域Ａ２との間に位置している。

本実施形態においても、第１実施形態と同様に、切り欠き部１５を設けた導電体１４を第１アンテナ１１及び第２アンテナ１２双方と隣接するように配置することで、切り欠き部１５を回り込んで導電体１４上を流れるＵ字状の電流の経路が形成される。また、切り欠き部分は使用周波数に対して共振し、電流を集約することで相手側のアンテナへの電流の回り込みを軽減する。これにより、第１アンテナ１１と第２アンテナ１２との間の空中を飛ぶ電波によって生じるアンテナ間の干渉を減らすことができる。

さらに、本実施形態では隣接辺Ｎの部分で導電体１４が折り曲げられることにより、導電体１４の第１アンテナ１１に隣接する領域Ａ１、及び第２アンテナ１２に隣接する領域Ａ２が本体部１４ｃより厚くなっている。また、このように導電体１４が隣接辺Ｎの部分で折り曲げられることによって、メイン基板１３及び導電体１４を側面方向から見た場合に、第１アンテナ１１と領域Ａ１、及び第２アンテナ１２と領域Ａ２の間の距離を近づけることができる。第１実施形態において図５を用いて説明したように、第１アンテナ１１及び第２アンテナ１２と、導電体１４の各アンテナに隣接する領域Ａ１及びＡ２と、の間の本体部１４ｃに対して垂直な方向に沿った距離Ｌ３は、λ/１０以下になることが好ましい。本実施形態では、領域Ａ１及びＡ２が含まれる隣接部１４ｂを本体部１４ｃに対して折り曲げることによって、本体部１４ｃはある程度メイン基板１３から離れた位置に配置されているにも関わらず、領域Ａ１及びＡ２を第１アンテナ１１及び第２アンテナ１２に近い位置に配置することが可能となっている。

Claims (7)

1. 第１アンテナと、
   第２アンテナと、
   前記第１アンテナ及び第２アンテナの双方と一方側において隣接するように配置された面状の導電体と、
   を備え、
   前記導電体には、前記第１アンテナに隣接する位置と、前記第２アンテナに隣接する位置との間の外縁から延びる切り欠き部が形成されており、
   前記導電体は、前記第１アンテナ及び前記第２アンテナと接触しておらず、電気的に分離されており、
   前記第１アンテナ及び前記第２アンテナそれぞれは、前記第１アンテナ及び第２アンテナに隣接する前記導電体の外縁に沿って延伸する部分を有しており、
   前記導電体は、前記導電体の面に平行な方向から見て前記第１アンテナ及び第２アンテナに隣接する前記導電体の外縁の少なくとも一部と前記第１アンテナ及び第２アンテナの前記延伸する部分とが重なる位置に配置されている、
   ことを特徴とする無線通信装置。
2. 請求項１に記載の無線通信装置において、
   前記切り欠き部は、その長さが可変に構成されている
   ことを特徴とする無線通信装置。
3. 請求項１又は２に記載の無線通信装置において、
   前記導電体の面に平行な方向から見て前記導電体の外縁の少なくとも一部と前記第１アンテナ及び第２アンテナの前記延伸する部分とが重なるように、前記導電体と前記第１アンテナ及び第２アンテナとのいずれか一方が折れ曲げられている、
   ことを特徴とする無線通信装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の無線通信装置において、
   前記導電体の、前記第１アンテナ及び第２アンテナと隣接する位置に、他の部分より厚い部分が形成されている
   ことを特徴とする無線通信装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の無線通信装置において、
   前記第１アンテナ及び第２アンテナと接続される基板をさらに備え、
   前記基板には、前記第１アンテナが接続される位置と、前記第２アンテナが接続される位置との間を通るように前記基板の外縁から延びる切り欠き部が形成されている
   ことを特徴とする無線通信装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の無線通信装置において、
   前記導電体は、誘電体で形成された基板に接着されている
   ことを特徴とする無線通信装置。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の無線通信装置において、
   前記導電体は、電子回路を構成する回路素子が搭載された基板に接着されている
   ことを特徴とする無線通信装置。

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